[发明专利]一种用于污水处理或海水淡化的滤膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种用于污水处理或海水淡化的滤膜，是由氧化石墨烯/乙二醇复合过滤薄膜构成，该复合过滤薄膜中的氧化石墨烯呈现片层状膜结构，厚度为0.8nm～1nm，在氧化石墨烯表面均匀接枝有乙二醇分子，并使氧化石墨烯片层呈现出褶皱结构；其中氧化石墨烯/乙二醇复合过滤薄膜中氧化石墨烯的质量百分比为92％～95％，乙二醇的质量百分比为5％～8％。本发明还公开了所述滤膜的制备方法，首先用强酸强碱将氧化石墨烯羧基化，然后乙二醇通过酯化反应修饰到氧化石墨烯表面，最后通过真空抽滤工艺获得。实验证明该滤膜具有良好的水通量和高截留率，其在分子分离方面具有巨大的应用价值。

技术领域

本发明属于工业滤膜及有机功能材料技术领域，尤其涉及一种由氧化石墨烯/乙二醇复合过滤薄膜构成的用于污水处理或海水淡化的滤膜及其制备方法与应用。

背景技术

无论是用于饮用，洗涤，食品生产还是娱乐用途，安全和易得的水都是人类的权利，也是公共健康的重要贡献者。但是，水资源的下降迫使我们考虑到新的先进水处理技术。对废水处理实现的废水回收是一个需要技术进步的领域。随着淡水稀缺问题的继续升级，海水淡化成为全面确保淡水供应的有力技术之一。

膜分离技术被认为是污水处理和海水淡化的主要技术之一，也是获得大量干净淡水资源的主要途径之一。其对于防御淡水资源短缺具有深远意义，应用潜力巨大。自从2004年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁-诺沃肖洛夫剥离高定向石墨成功制得石墨烯以来，由于其特殊的结构，科学界对石墨烯及其衍生物的研究一直保持极高的兴趣。随着科学工作者对石墨烯的深入研究，石墨烯的诸多性能被逐渐发掘出来，比如力学，热学，光学，导电性能以及过滤膜方面具有的特殊性能等。检索表明自从石墨烯材料被引入到膜分离领域，就表现出了突出的优势。近年来石墨烯基纳滤膜在过滤，分离和海水淡化等领域展现出潜在的应用价值。申请人研究发现通过调整纳米孔的物理化学性质以及氧化石墨烯的堆叠层数即可以获得所需的对各种气体和液体理想的膜通量；通过有机分子修饰氧化石墨烯即可以改变氧化石墨烯的层间距。但相关的用于污水处理或海水淡化的滤膜产品，或通过将有机小分子乙二醇修饰到氧化石墨烯表面后得到具有过滤功能的氧化石墨烯/乙二醇复合薄膜的制备方法及其产品与应用还未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于污水处理或海水淡化的滤膜及其制备方法与应用。

本发明所述用于污水处理或海水淡化的滤膜，其特征在于：所述滤膜由氧化石墨烯/乙二醇复合过滤薄膜构成，该复合过滤薄膜中的氧化石墨烯呈现片层状膜结构，厚度为0.8nm～1nm，在氧化石墨烯表面均匀接枝有乙二醇分子，并使氧化石墨烯片层呈现出褶皱结构；其中氧化石墨烯/乙二醇复合过滤薄膜中氧化石墨烯的质量百分比为92％～95％，乙二醇的质量百分比为5％～8％。

上述用于污水处理或海水淡化的滤膜中：所述滤膜由氧化石墨烯/乙二醇复合过滤薄膜构成，氧化石墨烯/乙二醇复合过滤薄膜中氧化石墨烯的质量百分比优选94％，乙二醇的质量百分比优选6％。

本发明所述用于污水处理或海水淡化的滤膜的制备方法，步骤是：

(1)配制浓度为1mg/mL的氧化石墨烯水溶液，超声分散至均匀；

(2)按氢氧化钠与氯乙酸的质量比为1.2﹕1，向步骤(1)中加入氢氧化钠和氯乙酸，并使氧化石墨烯与氢氧化钠的质量比达到1﹕600；用玻璃棒搅拌均匀，然后放入超声波清洗器中超声3～4小时；

(3)用稀盐酸将步骤(2)中的混合溶液的pH调成中性，然后通过离心用去离子水洗涤3～5次，最后采用截留分子量10000的透析袋透析1～2天；

(4)将步骤(3)透析好的混合液配成0.5mg/mL的反应液，然后将反应液转移到250mL的三口烧瓶内，再将三口烧瓶放入油浴锅内搅拌加热；当升温至80℃时加入20mL乙二醇；反应8～10小时，整个反应过程中持续磁力搅拌至反应终止；